水利水電工程設(shè)計(jì)DWRHE .2013年 第32卷第3期粵東某工程循環(huán)水泵房流道物理模擬研究分析袁淮中呂會(huì)嬌鄭慧洋禹勝穎摘要通過(guò)模型試驗(yàn)研究了粵東某工程在不同潮位、不同泵組運(yùn)行等組合工況下的泵流道內(nèi)部水力特性。流道和循環(huán)泵吸水管內(nèi)水流平穩(wěn)，水面無(wú)大波動(dòng)，循環(huán)系在各工況下運(yùn)行，泵的性能指標(biāo)不會(huì)受到影響;不同潮位、不同工況組合下吸水泵開、停時(shí)水面波動(dòng)較小，泵吸水口淹沒(méi)度滿足水泵正常運(yùn)轉(zhuǎn)要求，并有一定的安全余幅，不影響泵室的安全運(yùn)行。研究結(jié)果可作為工程設(shè)計(jì)的依據(jù)。關(guān)鍵詞水泵流道物理模擬研究分析中圖分類號(hào)TV131.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 1007- -6980(2013)03 -022-03同工況下過(guò)濾網(wǎng)水流盡可能對(duì)稱和漸變，在泵室1工程概況內(nèi)不形成影響水泵正常運(yùn)行的水面豎向進(jìn)氣漩渦粵東某工程的功能是接卸液化天然氣，卸送和水下淹沒(méi)漩渦，模型按照重力相似準(zhǔn)則設(shè)計(jì)，至其儲(chǔ)罐儲(chǔ)存，再通過(guò)海水加熱進(jìn)行氣化，氣化反映黏性力影響的雷諾數(shù)大于某個(gè)臨界值。后的天然氣經(jīng)天然氣輸氣管線外送至用戶。一期(1)模型按流體重力相似準(zhǔn)則設(shè)計(jì),要求模工程建設(shè)規(guī)模為200萬(wàn)/a;二期工程建設(shè)后預(yù)計(jì)型與原型:佛汝德數(shù)相等。規(guī)模將達(dá)到500萬(wàn)Ua。該工程一、二期及遠(yuǎn)期工(F)=|-=)=1程海水泵規(guī)劃共安裝水泵8臺(tái)(含2臺(tái)消防泵)、進(jìn)水流道4組(每3臺(tái)水泵2組進(jìn)水流道)。海水取(2)要求反映水流黏性力影響的吸水管雷諾水口工程一期工程使用流道2組，安裝海水泵3數(shù)、吸水管徑向雷諾數(shù)和泵室內(nèi)行進(jìn)水流雷諾數(shù)臺(tái)。每臺(tái)海水泵設(shè)計(jì)取水流量為6800 m/h，最大大于某個(gè)臨界值，以消除模型縮尺對(duì)水流漩渦相供水流量時(shí)的運(yùn)行方式為二用一-備(其他運(yùn)行工況隨似性的影響。供氣量、海水溫度情況變化),消防泵火災(zāi)狀態(tài)下使Rs='d.，R=l, R,=4s用，流量為2200 m/h。建筑物的工藝流程為:取水暗管-→進(jìn)水間檢修閘門→攔污柵-→旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)→式中: u--吸水管內(nèi)平均流速;緩沖池-+海水泵-→接收站海水加熱系統(tǒng)。d---吸水管直徑;吸水管流量;2試驗(yàn)?zāi)康募皟?nèi)容_吸水管人口處淹沒(méi)深度;由于海水泵正常運(yùn)行的進(jìn)水流量變幅很大，u。-- -水泵室內(nèi)行進(jìn)流速;進(jìn)水流態(tài)復(fù)雜，通過(guò)模型試驗(yàn)，研究在不同潮位、泵室水深;不同泵組運(yùn)行等組合工況下的泵流道內(nèi)部水力特g--重力加速度;性，重點(diǎn)模擬研究泵吸水室漩渦以及泵吸水口進(jìn)v一-水體 運(yùn)動(dòng)黏滯系數(shù)。流流態(tài)等情況，以確定在設(shè)計(jì)工況下泵吸水口淹(3)要求反映水體表面張力影響的韋伯?dāng)?shù)Wb沒(méi)度是否滿足水泵正常運(yùn)轉(zhuǎn)要求;預(yù)測(cè)取水口工大于某個(gè)臨界值，以消除模型縮尺對(duì)水面漩渦進(jìn)程進(jìn)水流道的流態(tài)情況，提出改善進(jìn)水流道的流氣相似性的影響。態(tài)(防止漩渦)的措施，以達(dá)到確保取水口工程海w_=u's水泵長(zhǎng)期安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。式中:ρ--水休密府中國(guó)煤化工3模型設(shè)計(jì)當(dāng)模型YHCNMH G韋泊數(shù)w.>3.1設(shè)計(jì)依據(jù)根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康呐c要求，試驗(yàn)著重研究解決不0.6x103時(shí)，模型縮尺對(duì)水面漩渦及進(jìn)氣量相似性袁準(zhǔn)中等?；洊|某工程循環(huán)水泵房流道物理模擬研究分析●23.的影響可忽略不計(jì)。限2循泵房開、停泵試驗(yàn)組次表當(dāng)模型泵室行進(jìn)水流雷諾數(shù)R,>3.0x10*時(shí),組次編號(hào)朝位/m單泵流量/m'.s-)運(yùn)行組合模型縮尺不會(huì)影響水下淹沒(méi)漩渦的相似性。A-Y5G53.061.89同時(shí)關(guān)閉5臺(tái)A-Y0K5同時(shí)開啟5臺(tái)當(dāng)模型吸水管雷諾數(shù)R>1.0x105時(shí)，模型吸.水管進(jìn)口水頭損失將同原體相似。B-Y2K3.132臺(tái)運(yùn)行開3臺(tái)C-Y2K32臺(tái)運(yùn)行開3臺(tái).3.2模型比尺及相似性C-Y0K5-0.171.8采用正態(tài)模型，模型比尺L,=10，用有機(jī)玻璃5試驗(yàn)成果及 分析制作，以便于觀測(cè)水流流態(tài)。按照流體重力相似準(zhǔn)則，流速比尺: v,=VL, =3.16;時(shí)間比尺: t,=根據(jù)試驗(yàn)要求，對(duì)循泵房流道及循泵房開停L/v,=3.16;流量比尺: Qz=x,xL,xL,=316.23。泵等試驗(yàn)工況進(jìn)行了試驗(yàn)，得出了流道及吸水室3.3模型布置與制作流速、吸水管喇叭口相對(duì)壓強(qiáng)水頭及開停泵時(shí)的模型由進(jìn)水前池、進(jìn)水閘室、攔污柵、濾網(wǎng)吸水室內(nèi)水位變化等試驗(yàn)成果。室、泵室、水泵、矩形量水堰和蝶閥組成。模型5.1流道及 吸水室流速用離心泵進(jìn)行抽水和供水，出水用管道與模型前經(jīng)實(shí)測(cè)，旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)內(nèi)外、進(jìn)水閘室胸墻前后.池相連，組成-一個(gè)閉路循環(huán)，整體模型布置如圖1及吸水室內(nèi)流速均較小，最大流速發(fā)生在低潮位所示。時(shí)過(guò)濾網(wǎng)后的胸墻位置，最大值為0.52 m/s。吸水室內(nèi)流速小、流態(tài)穩(wěn)定，水面無(wú)大波動(dòng)。分析得出，不同潮位、不同工況組合下各布置測(cè)點(diǎn)處流速較小，同一垂線上流速沿深度方向分布梯度變。包的化較均勻，底部流速相對(duì)較大，由下向上流速變小。圖2給出了高潮位時(shí)5臺(tái)泵同時(shí)運(yùn)行時(shí)的各著一包的哪竹布置測(cè)點(diǎn)流速。。0.35 t◆濾網(wǎng)外霜肅: 0.30圖1整體模型布置圖21[-進(jìn)水閘室0.104胸前后4試驗(yàn)工況0.05-●泵室胸墻后0.3 1.0 1.7 2.4 3.1 3.8 4.54.1 循泵房流道試驗(yàn)距底板距離/m根據(jù)提供的該工程運(yùn)行組合，結(jié)合試驗(yàn)?zāi)M圖2高潮位時(shí)5臺(tái)泵同時(shí)運(yùn)行時(shí)的各布置測(cè)點(diǎn)流速圖(工況: A-5(3.06 m))的特點(diǎn)，選擇5個(gè)典型運(yùn)行組合和3個(gè)典型潮位5.2吸水管喇叭口相對(duì) 壓強(qiáng)水頭進(jìn)行試驗(yàn)。循泵房流道試驗(yàn)工況共13組次，具體試驗(yàn)中觀察到，水泵吸水管內(nèi)水流流態(tài)順直工況見(jiàn)表1。且平穩(wěn)，吸水室內(nèi)未發(fā)現(xiàn)漩渦產(chǎn)生。圖3給出了表1循泵房流道試驗(yàn)工況表高潮位下、5臺(tái)泵組運(yùn)行時(shí)的吸水管喇叭口喉頸處運(yùn)行流量/流道相對(duì)壓力分布曲線。從圖上可以看出, 8個(gè)測(cè)點(diǎn)的泵數(shù)(m'.s")h=3.06m h=1.13m h=-0.17m1臺(tái)工藝泵1-C-1壓力分布基本均勻，各點(diǎn)的相對(duì)壓力偏差不大。5.5[2臺(tái)工藝泵21.89x2A-2B-2C-= 5.0一3臺(tái)工藝泵31.89x3A-3B-3C-3水4.5-4臺(tái)工藝泵41.89x4B-4年t5臺(tái)工藝泵+ 5+1 1.89x5+0.61A-5B-5C-51臺(tái)消防泵中國(guó)煤化工注: h為潮位。YHCNMHG2.54.2循泵房開停泵試驗(yàn)345678循泵房開、停泵試驗(yàn)組次見(jiàn)表2。團(tuán)3高潮位5 臺(tái)泵運(yùn)行時(shí)的吸水管喇叭口喉頸處壓力分布圖水利水電工程設(shè)計(jì)DWRHE .2013年 第32卷第3期5.3水面線循環(huán)泵吸水管內(nèi)水流流態(tài)順直且平穩(wěn)，吸水室內(nèi)水流經(jīng)過(guò)胸墻、攔污柵及旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)后的水頭無(wú)表面吸氣漩渦和水下漩渦產(chǎn)生，可知循環(huán)泵在損失較小，在0.02~0.06 m之間，其中過(guò)濾網(wǎng)的水各工況下運(yùn)行，泵的性能指標(biāo)不會(huì)受到影響。頭損失較小，均在0.01-~0.02 m之間?？梢?jiàn)流道沿(2)吸水室內(nèi)流速小、流態(tài)穩(wěn)定，水面無(wú)大.程水頭損失較小，水面比較平穩(wěn)，未見(jiàn)大的波動(dòng)。波動(dòng)。不同潮位、不同工況組合下各布置測(cè)點(diǎn)處流5.4 吸水室進(jìn)氣漩渦的校核試驗(yàn)速較小，同一垂線上流速沿深度方向分布梯度變化鑒于目前國(guó)內(nèi)外還沒(méi)有關(guān)于漩渦模擬試驗(yàn)的較均勻，底部流速相對(duì)較大。旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)內(nèi)外、胸墻統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，綜合目前國(guó)內(nèi)及美國(guó)、德國(guó)和日本等前后及吸水室內(nèi)流速均較小，最大流速發(fā)生在低潮研究單位有關(guān)水泵流道的試驗(yàn)研究成果和實(shí)際工位時(shí)濾網(wǎng)后的前池胸墻位置,最大值為0.52 m/s。程運(yùn)行狀況，本項(xiàng)模型試驗(yàn)按流體重力相似準(zhǔn)則(3) 不同潮位、各種工況的不同組合下的試設(shè)計(jì)，要求韋伯?dāng)?shù)和各特征雷諾數(shù)大于臨界值,驗(yàn)研究表明，流道沿程水頭損失較小，流道內(nèi)水并用加大的流速比尺校核縮尺對(duì)水流漩渦的產(chǎn)生流平穩(wěn)，水面無(wú)大波動(dòng)。和存在狀態(tài)的影響。(4)由于引水流量較小，不同潮位、不同工文獻(xiàn)(認(rèn)為，當(dāng)進(jìn)行水面漩渦試驗(yàn)時(shí)，其流速?zèng)r組合下吸水泵開、停時(shí)水面波動(dòng)較小，水位變比尺v,=L;,則流量比尺Q=158.49,相當(dāng)于按重力化不劇烈。啟動(dòng)泵時(shí)，水面先降低，然后上升，相似準(zhǔn)則要求的2.0倍。按此流量要求，對(duì)單泵流有一個(gè)微弱的波動(dòng)過(guò)程，未形成大的波動(dòng)，水面量1.89m/s,在滿足吸水管最小淹沒(méi)度要求的前降低高度小，可滿足吸水泵最小淹沒(méi)深度，并有提下，對(duì)吸水室水面漩渦進(jìn)行了校核試驗(yàn)。試驗(yàn)-定的安全余幅;停泵時(shí)，水面緩饅均勻上升，中觀察到在吸水室水面有間歇性初生凹渦生成，上升的高度不大，并很快趨于平穩(wěn)，不影響泵室未見(jiàn)有下洩漩渦、斷續(xù)進(jìn)氣、連續(xù)進(jìn)氣漩渦等有的安全運(yùn)行。害漩渦存在，同時(shí)也未見(jiàn)水下淹沒(méi)漩渦的存在。(5)建議加強(qiáng)對(duì)攔污柵和旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)處的積污5.5水泵開、 停時(shí)的水位變化情況的監(jiān)測(cè)，以防止堵塞較大時(shí)，水頭損失超過(guò)由于引水流量較小，水泵開、停時(shí)水面波動(dòng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)生不對(duì)稱水流，對(duì)泵的經(jīng)濟(jì)、安全較小，水位變化不劇烈。啟動(dòng)泵時(shí)，水面先降低,運(yùn)行造成不利影響。然后上升，有一個(gè)微弱的波動(dòng)過(guò)程，未形成大的參考文獻(xiàn)波動(dòng);停泵時(shí)，水面緩慢均勻上升，很快趨于平[4]呂迎霄，李珊，袁淮中,粵東LNG接收站工程循環(huán)水泵房流道穩(wěn)(見(jiàn)表3)。物理模型試驗(yàn)研究報(bào)告[R].天津:中交海岸工程水動(dòng)力重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，2012.表3不同潮位及運(yùn)行組合下開、停泵時(shí)泵室水位變化值表[2]李瑞生.準(zhǔn)格爾電廠二期擴(kuò)建工程循環(huán)水流道物理模型試驗(yàn)研究組次編號(hào)潮位/m單泵流量/運(yùn)行組合水位變化/m[R],北京:中國(guó)水利水電科學(xué)研究院，2000.(m'.g1)[3]趙順安廣東大唐潮州三百門電廠-期工程循環(huán)水泵進(jìn)水流道水力A-Y5C53.061.89同時(shí)關(guān)閉5臺(tái).+0.53性能試驗(yàn)研究報(bào)告[R].北京:中國(guó)水利水電科學(xué)研究院, 2004.A-YOK5 3.06同時(shí)開啟5臺(tái)-0.57[4] Model Test Resul on Pump Intake for HIPDC FUZHOU POWERB-Y2K31.132臺(tái)運(yùn)行開3臺(tái)-0.3PLANT,Mitsubishi Heavy Industres,LTD.TAKASAGO TechnicaC-Y2K3 -0.171.89 2 臺(tái)運(yùn)行開3臺(tái)-0.43 .Institute, Japan,1986.C-Y0K5 -0.17同時(shí)開啟5臺(tái).-0.75作者簡(jiǎn)介由表3可以看出，水位壅高不利工況為高潮袁淮中男助理工程師中水北方勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)位5臺(tái)泵突停，最大壅高0.53 m，不影響泵室的任公司 天津300222安全運(yùn)行;水位降低不利工況為低潮位同時(shí)開啟5呂會(huì)嬌女助理工程師 中水北方勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)臺(tái)泵，最大降低0.75m,可滿足吸水泵最小淹沒(méi)鄭慧洋男工程師中水北方勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公任公司天津300222深度,并有一定的安全余幅。6結(jié)語(yǔ)禹勝穎女中國(guó)煤化工究有限責(zé)任公TYHCNMH G(1)吸水管喇叭口喉頸處壓力分布基本均勻,(收稿日期2013-06-17)各點(diǎn)的相對(duì)壓力偏差不大，吸水管來(lái)流對(duì)稱均勻，